单片机数字电流表设计(ATmega16单片机)

1、 1.1设计要求 完成一台数字电流表 采用ATmega16作为主控芯片， 并用数码管显示结果电流表量程为0A1A测量结果用四位数字显示， 如 0123测量结果超限（大于等于1A）时， 数码管显示EEEE 1.2 课程设计目的 （1）通过本次课程设计加深对单片机课程的全面认识和掌握。 （2）掌握了通用I/O口输出结构的设置和数码管显示器的应用。 （3） 通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程， 使自身了解开发单片机应用系统的全过程， 强化巩固所学知识， 为以后的学习和工作打下基础。 (4)进一步熟悉和掌握单片机的结构和工作原理。 （5）锻炼团队分工合作与协调能力。 （6） 通过这次课程设计

2、， 掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术。 （7）通过实际程序的设计和调试， 逐步掌握模块化程序设计的方法和调试技术。 2.1系统硬件框图 2.2 电流表工作原理 由于通常所说的电流表是指灵敏电流计， 其量程太小不能直接测量电流。 所以要想得到一个量程较大的电流表需要将一个理想电压表改装而成。 用一个内阻无穷大的电压表并联分流电阻， 待测电流流过电阻R， R和U即为已知， 则根据欧姆定律 U=I R， I就是电流表测得的电流值， 电压值通过AD转换器将模拟电压信号转换为数字电压信号， 传送到ATmega16中， 单片机输出到LED数码管显示读数。 2.3 LED动态显示器接口及显示方式

3、 单片机中通常使用7段LED构成字型“8”， 另外， 还有一个小数点发光二极管， 以显示数字、符号及小数点。 这种显示器有共阴极和共阳极两种， 如图。 发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器， 阴极连在一起称为共阴极显示器。 一位显示器由8个发光二极管组成， 其中， 7个发光二极管构成字型8的各个笔画， 另一个小数点为dp发光二极管。 当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时， 该段笔划即亮；不加电压则暗。 为了保护各段LED不被破坏， 需外加限流电阻。 以共阴极LED为例， 如图， 各LED公共阴极K0接地。 若向各控制端a、bg、dp顺次送入11100001信号， 则该显示7字型。 在

4、多位LED显示时， 为了简化电路， 降低成本， 将所有位的段选线并联在一起， 由一个8位 I/O口控制。 而共阴（共阳）极公共端K分别由相应的I/O线控制， 实现各位的分时选通。 如14图所示为5位共阴极动态显示接口电路。 其一个显示正负， 其余四个显示电流值。 五位LED动态显示接口电路 由于4位LED所有段选线皆由一个8位控制， 因此， 在每一瞬间， 4位LED会显示相同的字符。 要想每位显示不同的字符， 就必须采用扫描方法轮流点亮各位LED， 即在每一瞬间只使某一位显示字符。 在此瞬间， 段选控制口输出相应字符段选码， 而位选则控制口在该显示位送入选通电平为共阴， 故应送低电平。 以保证

5、该位应显示相应字符。 如图为ATmega16控制的4位共阴极LED动态显示接口电路。 LED结构图 八段LED数码管字符型字段编码表2.4 ATmega16单片机 ATmega16系列单片机 VCC 电源正GND 电源地端口A(PA7.PA0) 端口A 做为A/D 转换器的模拟输入端。 端口A 为8 位双向I/O 口， 具有可编程的内部上拉电阻。 其输出缓冲器具有对称的驱动特性， 可以输出和吸收大电流。 作为输入使用时， 若内部上拉电阻使能， 端口被外部电路拉低时将输出电流。 在复位过程中， 即使系统时钟还未起振， 端口A 处于高阻状态。 端口B(PB7.PB0) 端口B 为8 位双向I/O

6、口， 具有可编程的内部上拉电阻。 其输出缓冲器具有对称的驱动特性， 可以输出和吸收大电流。 作为输入使用时， 若内部上拉电阻使能， 端口被外部电路拉低时将输出电流。 在复位过程中， 即使系统时钟还未起振， 端口B 处于高阻状态。 端口B 也可以用做其他不同的特殊功能. 端口C(PC7.PC0) 端口C 为8 位双向I/O 口， 具有可编程的内部上拉电阻。 其输出缓冲器具有对称的驱动特性， 可以输出和吸收大电流。 作为输入使用时， 若内部上拉电阻使能， 端口被外部电路拉低时将输出电流。 在复位过程中， 即使系统时钟还未起振， 端口C 处于高阻状态。 如果JTAG接口使能， 即使复位出现引脚 PC

7、5(TDI)、 PC3(TMS)与 PC2(TCK)的上拉电阻被激活。 端口C 也可以用做其他不同的特殊功能. 端口D(PD7.PD0) 端口D 为8 位双向I/O 口， 具有可编程的内部上拉电阻。 其输出缓冲器具有对称的驱动特性， 可以输出和吸收大电流。 作为输入使用时， 若内部上拉电阻使能， 则端口被外部电路拉低时将输出电流。 在复位过程中， 即使系统时钟还未起振， 端口D 处于高阻状态。 端口D 也可以用做其他不同的特殊功能. RESET 复位输入引脚。 持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。 门限时间见P36Table 15。 持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。 XT

8、AL1 反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。 XTAL2 反向振荡放大器的输出端。 AVCC AVCC是端口A与A/D转换器的电源。 不使用ADC时， 该引脚应直接与VCC连接。 使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC 连接。 AREF A/D 的模拟基准输入引脚。 3、 主程序及相应模块主程序代码void main(void)DDRA=0x0f;PORTA=0x0f;DDRC=0xff;PORTC=0x00;TCCR0=0x0B;TCNT0=0x00;OCR0=0x7C;TIMSK=0x02;ADMUX=0x47;SFIOR&=0x1F;SFIOR|=0x60;DSCSRA=

9、0xAD;#asm("sei") /使能全局中断while(1)if(time_2ms_ok)display();time_2ms_ok=0;主流程图子程序代码unsigned char i;for(i=0;i<=3;i+)dis_buffi=adc%10;adc/=10;子程序流程图 六、参考文献1AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践M， 北京：北京航空航天大学出版社， 2007.10.2 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计M， 北京：北京航空航天大学出版社， 2006.6.3 李广弟， 朱月秀， 王秀山.单片机基础M， 北京：北京航空航天大学出版社， 2001

10、.7.4 赵曙光， 郭万有， 杨颂华.可编程逻辑器件原理开发与应用M,西安：西安电子科技大学， 2000.5 谭浩强.C语言程序设计（第二版）M， 北京：清华大学出版社， 1991.6手把手教你学AVR单片机C程序设计M， 北京：北京航空航天大学出版社， 2009.4.7、 附录# include <avr/io.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intflash unsigned char ledshow11=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x5F,0x

11、79;flash unsigned char position6=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;/数码管位选unsigned char dis_buff4=0,0,0,0,posit;bit time_2ms_ok;void adc_to_disbuffer(unsigned int adc)unsigned char i;for(i=0;i<=3;i+)dis_buffi=adc%10;adc/=10;/AD转换中断interrupt TIM0_COMP void timer0_comp_isr(void)time_2ms_ok=1;/定时器中断interruptADC_IN

12、Tvoid adc_isr(void)unsigned int adc_data,adc_i;adc_data =ADCW;adc_i=(unsigned long)adc_data*1000/1024;/换算成电流值adc_to_disbuffer(adc_v);/AD转换/数码管显示void display(void)if(adc_i>=1)PORTA|=0x0f;PORTC=ledshow11;elsePORTA|=0x0f;PORTC=ledshowdis_buffposit;if(posit=3)PORTC|=0x80;PORTA&=positionposit;if(+posit>=4)posit=0;/主程序void main(void)DDRA=0x0f;PORTA=0x0f;DD